ATB-25瀝青穩(wěn)定碎石配合比設(shè)計與優(yōu)化調(diào)整

ATB-25瀝青穩(wěn)定碎石配合比設(shè)計與優(yōu)化調(diào)整第一工程公司[摘要]本文詳細(xì)介紹了ATB-25密級配瀝青碎石混合料的目標(biāo)配合比及生產(chǎn)配合比，瀝青混合料試拌試鋪的總結(jié),以及ATB-25混合料配合比設(shè)計的進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整，對類似的ATB混合料配合比設(shè)計有一定的借鑒意義。[關(guān)鍵詞]ATB-25配合比設(shè)計試拌試鋪優(yōu)化調(diào)整1前言我國高速公路瀝青路面早期損壞一直就受到各方面的重視，目前仍處于摸索和探討階段。而對瀝青路面早期損壞爭論的焦點，主要集中在半剛性基層設(shè)計的合理與否，在國內(nèi)多年來瀝青路面基本上都遵循著“強基薄面”的設(shè)計理念，基層采用半剛性結(jié)構(gòu)，瀝青面層厚度一般為15~18cm。隨著我國引進(jìn)一些先進(jìn)的路面結(jié)構(gòu)技術(shù)，柔性基層結(jié)構(gòu)路面逐步被一些省市（地區(qū)）認(rèn)識和采納，在根本上消除了路面早期損壞的因素，從而改變了路面結(jié)構(gòu)型式單一的狀況，趨向“柔基厚面”的設(shè)計理念。ATB瀝青穩(wěn)定碎石混合料，是作為柔性基層使用的新結(jié)構(gòu)之一，具有骨架密實、滲水系數(shù)很小的特點，一般采用的結(jié)構(gòu)層厚度大于8cm，其施工技術(shù)編入了新規(guī)范《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTGF40-2004）中。該混合料綜合了原規(guī)范中ACⅠ型與ACⅡ型的優(yōu)點而形成的級配，既有ACⅡ型的粗骨料含量，又適當(dāng)?shù)夭捎昧薃CⅠ型較多的細(xì)集料用量，兩種級配類型結(jié)合而成的一種新型級配。結(jié)構(gòu)上既具有ACⅠ型的密實，又有ACⅡ型的骨架嵌擠結(jié)構(gòu)，抗變型能力強，密實不滲水。實測數(shù)據(jù)表明其穩(wěn)定度很高（一般大于3000(次/mm)）,滲水系數(shù)較?。ㄒ话阈∮?00(ml/min)），具備良好的高溫抗車轍能力及抗水損壞能力。但該混合料的缺點是：大骨料含量相對較多，中間粒徑骨料含量相對較少，混合料表面積相對較小，對瀝青用量較為敏感；在施工過程中容易產(chǎn)生離析，壓實比較困難。筆者參與了河南濟焦新高速公路瀝青路面的施工，其下面層采用13cm厚的ATB-25密級配瀝青穩(wěn)定碎石路面結(jié)構(gòu)，其上為6cm厚AC-20粗型瀝青混凝土，4cmSMA-13瀝青馬蹄脂混凝土，瀝青面層總厚度達(dá)23cm。下面將ATB-25瀝青碎石配合比設(shè)計及優(yōu)化過程的經(jīng)驗與總結(jié)介紹給大家，以供參考和完善，不斷提高瀝青路面施工水平。2ATB-25密級配瀝青碎石初步配合比設(shè)計和試驗段總結(jié)2.1原材料選擇1、瀝青：根據(jù)濟焦新高速公路所處的地理位置，按照規(guī)范附錄A瀝青路面使用性能-氣候分區(qū)，確定該路段所處氣候分區(qū)為1-3-2夏炎熱、冬冷濕潤區(qū)，選擇的瀝青為國產(chǎn)中海（36-1）A級70＃石油瀝青，其各項指標(biāo)均符合JTGF40-2004中對道路石油瀝青A級70＃的相關(guān)技術(shù)要求。2、礦料：ATB-25瀝青混合料采用3種粗集料，1種細(xì)集料，1種礦料填料。粗集料三種規(guī)格分別為：20-30mm、10-20mm、5-10mm的石灰?guī)r，產(chǎn)自博愛大辛莊；細(xì)集料采用博愛大名橋產(chǎn)水洗機制砂，規(guī)格為0-5mm；填料采用博愛第一水泥廠生產(chǎn)的石灰?guī)r礦粉。試驗結(jié)果表明，各種集料均符合JTGF40-2004規(guī)范中有關(guān)高速公路瀝青中下面層集料技術(shù)要求。2.2目標(biāo)配合比設(shè)計1、礦料級配的確定依據(jù)JTGF40-2004規(guī)范關(guān)于ATB-25型瀝青碎石的礦料級配范圍要求，在規(guī)范級配范圍內(nèi)選擇三組粗、細(xì)不同的礦料配合比。通過對所采用的礦料級配進(jìn)行合成，以4.75mm篩孔通過率為粗細(xì)分界線，三組級配在4.75mm篩孔上的通過率分別為：級配1-36.4％，級配2-30.9％，級配3-25.9％。三條合成級配分別位于規(guī)范級配范圍的中值線附近，中值線的上方和下方，三條級配曲線見圖。表1篩孔（mm）31.526.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075級配1通過率（％）10096.875.166.257.647.836.426.118.712.98.76.44.6級配2通過率（％）10096.37162.65444.430.921.915.911.486.24.5級配3通過率（％）10095.666.556.648.739.925.918.51410.17.464.52、混合料拌和及擊實溫度的確定依據(jù)河南省交科院的檢測結(jié)果，繪制（中海36-1）A級70＃道路石油瀝青粘度-溫度關(guān)系圖，確定出混合料拌和溫度與成型壓實溫度范圍分別為151℃～156℃、139℃～1443、合理級配的選擇對選用的三組礦料配比分別按預(yù)估的油石比3.9％成型馬歇爾試件，馬氏試件擊實成型溫度為：145℃，試件成型采用φ101.5的尺寸試模，雙面各擊實75次，測定馬氏試件毛體積相對密度，計算馬氏體積指標(biāo)后，進(jìn)行馬氏穩(wěn)定密度及流值試驗，試驗結(jié)果見表23種初試級配馬歇爾試驗結(jié)果表2級配類別級配1級配2級配3規(guī)范要求4.75篩孔通過率（％）36.430.925.9試件毛體積相對密度2.4992.4852.47理論最大相對密度2.5962.5912.586空隙率（％）3.74.14.53～62.7572.7552.754空隙率（％）12.813.213.7不小于12VV=4.0％有效瀝青飽和度（％）71.168.967.255～70穩(wěn)定度（KN）不小于10.1411.159.787.5流值（0.1mm）31.734.33915～40注：瀝青用量（占混合料總量的百分?jǐn)?shù)）pb=3.75%礦料用量（占混合料總量的百分?jǐn)?shù)）ps=96.25%從表中分析，三個級配均可采用，但是級配1的飽和度略大于規(guī)范上限，其熱穩(wěn)定性將受影響；級配3，粗骨料含量略多，混合料可能會產(chǎn)生較大的離析，并且可能出現(xiàn)因離析導(dǎo)致的滲水，所以采用級配2較為穩(wěn)妥。4、確定合適級配的最佳瀝青用量（1）采用設(shè)計級配2，油石比間隔為0.3%，選取3.3、3.6、3.9、4.2、4.5五組不同油石比，分別制成馬氏試件，馬氏試驗結(jié)果見表3。ATB-25馬氏試驗結(jié)果匯總表3油石比馬氏毛體積密度理論密度空隙率VV%間隙率VMA%飽和度VFA穩(wěn)定度KN流值F<10.1mm3.32.4542.6136.113.855.88.90333.62.4762.6014.813.263.69.91363.92.482.5894.213.468.710.11364.22.4772.5983.913.771.510.22384.52.4772.5663.514.07510.3739規(guī)范－－3～64％時>1255～70≥7.515～40注：礦料毛體積密度rsb＝2.755，瀝青用量Pb分別為（由低到高）3.19%、3.47%、3.75%、4.03%、4.31%，rse===2.757，礦料用量Ps分別為（由低到高）96.81％、96.53％、96.25％、95.97％、95.69％油石比3.9的瀝青混合料的理論最大密度采用實測法，其余按公式計算得出，在計算礦料合成毛體積相對密度時，粗集料采用毛體積相對密度，細(xì)集料及填料采用表觀相對密度，瀝青采用25℃時的相對密度（1.011）。將上表試驗匯總結(jié)果以油石比為橫坐標(biāo)、其它物理力學(xué)指標(biāo)為縱坐標(biāo)，繪制成馬氏試驗最佳油石比確定圖，在圖中：α1＝4.2，α2＝4.5，α3＝3.9（按濟焦高速路面施工指導(dǎo)意見，目標(biāo)空隙率為4.0％），對應(yīng)于飽和度中值的油石比為3.5，因為穩(wěn)定度沒有出現(xiàn)峰值（最大值在曲線端部），以目標(biāo)空隙率所對應(yīng)的瀝青用量α3作為OAC1，即OAC1＝3.9％，OAC2（2）取OAC=(OAC1+OAC2)/2=(3.9+3.8)/2=3.9%為最佳油石比，以最佳油石比（3.9％），進(jìn)行馬氏試驗，試驗結(jié)果如下：試驗項目試驗結(jié)果規(guī)范理論最大相對密度2.589－試件毛體積相對密度2.483－空隙率VV%4.103-6間隙率VMA%13.312（設(shè)計空隙率為4％）瀝青飽和度VFA%69.255～70穩(wěn)定度KN10.13>7.5流值FL（0.1mm）3815-40（3）檢驗最佳瀝青用量時的粉膠比FB==1.28，符合0.8～1.5的要求。（4）檢驗有效瀝青膜厚度SA=＝100×0.0041+30.9×0.0041+23×0.0082+15.5×0.0164+10.9×0.0287+7.9×0.0614+5.9×0.1229+4.5×3277=3.79DA=×10=×10=9.71μm≮5μm，符合要求。5、ATB-25配合比設(shè)計檢驗序號檢驗項目規(guī)范技術(shù)要求檢驗結(jié)果符合性1水穩(wěn)定性馬氏試件殘留穩(wěn)定度不小于80%97%符合2高溫穩(wěn)定性試驗動穩(wěn)定度大于1000（次/mm）3110（次/mm）符合3滲水檢驗滲水率小于（200ml/min）0符合2.3ATB-25混合料生產(chǎn)配合比設(shè)計ATB-25混合料的生產(chǎn)配合比設(shè)計過程與普通瀝青混合料生產(chǎn)配合比設(shè)計過程是一樣的。生產(chǎn)配合比設(shè)計結(jié)果如下：1、油石比3.9時的馬氏結(jié)果試驗項目試驗結(jié)果規(guī)范要求理論最大相對密度2.593－毛體積相對密度2.489－空隙率（％）4.03-6礦料間隙率（％）13.1>12.0（目標(biāo)空隙率為4.0％時）瀝青飽和度（％）69.555~70穩(wěn)定度10.31>7.5流值3715~402、生產(chǎn)配合比級配曲線篩孔（mm）31.526.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075通過率（％）10095.670.76353.842.43121.414.710.37.35.64.02.4ATB-25混合料的試驗段總結(jié)通過對ATB-25瀝青碎石進(jìn)行試拌與試鋪，來驗證配合比設(shè)計情況。1、試鋪后所產(chǎn)生的一些質(zhì)量問題：（1）攤鋪面粗細(xì)離析嚴(yán)重，條帶狀、局部片狀都有，外觀很不理想。（2）泛油嚴(yán)重，條帶狀、局部片狀都有，正好和粗細(xì)離析相對應(yīng)。凡是泛油的地方都是細(xì)料相對集中的地方，粗料集中的地方也有個別地方泛油，但不是很嚴(yán)重。（3）通過對ATB-25結(jié)構(gòu)層取芯測定壓實度，發(fā)現(xiàn)壓實度值較大，大部分相當(dāng)于最大理論密度的97％左右，也就是路面壓實成型的殘留空隙率只有3％左右，個別點低于3％。滲水系數(shù)為零，抗水性較好。2、針對質(zhì)量問題查找原因：經(jīng)過對混合料進(jìn)行抽提及級配分析后，混合料油石比為3.99％，級配曲線與設(shè)計級配很接近，在分析中排除ATB-25混合料在拌合運輸、攤鋪過程中不可避免的產(chǎn)生一些混合料離析外，造成上述情況的主要原因是：（1）ATB-25混合料中結(jié)合料（瀝青）過多，油石比偏大。對于ATB-25混合料因級配組成的特點，粗骨料含量多，細(xì)集料含量較少，比表面積較小，僅有3.8m2/kg左右（以生產(chǎn)設(shè)計級配計算），而普通AC-25為4.9m初始ATB-25混合料目標(biāo)配合比設(shè)計時目標(biāo)空隙率選定為4.0%，是造成最佳油石比偏高的主要原因。（2）初配的ATB-25混合料級配容易產(chǎn)生離析初次所進(jìn)行的ATB-25混合料的配合比設(shè)計，其級配曲線基本接近ATB-25級配規(guī)范中值線附近，19mm以上顆粒較多，占礦質(zhì)混合料的30％左右，中間粒徑集料（4.75mm到9.5mm之間）含量較少，占11％左右。顆粒粗細(xì)分配相差比較大，容易產(chǎn)生集料粗細(xì)離析。3ATB-25混合料配合比優(yōu)化調(diào)整3.1配合比設(shè)計調(diào)整思路（1）目標(biāo)空隙率調(diào)整：參考東南大學(xué)對ATB混合料的研究成果，研究表明一般對于ATB-25混合料而言，4.5～5.0之間比較合理。將初始配合比定的目標(biāo)空隙率4%調(diào)整4.5%，再次進(jìn)行配合比設(shè)計。（2）級配調(diào)整：在ATB-25規(guī)范容許級配范圍內(nèi)，選用目前對防治離析效果很好的S曲線。該級配的特點是4.75mm、9.5mm、13.2mm篩余相對較多，而19mm、26.5mm篩余相對較少，即中間粒徑較多的一種級配。類似美國Superpave瀝青混合料設(shè)計方法。（3）在各項指標(biāo)滿足規(guī)范要求的前提下，適當(dāng)降低瀝青用量。3.2調(diào)整后的ATB-25目標(biāo)配合比結(jié)果（1）級配曲線篩孔（mm）31.526.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075通過率％10098.378.265.557.147.031.219.814.910.98.06.44.6（2）馬氏試驗結(jié)果（目標(biāo)配合比最佳油石比為3.7）試驗項目試驗結(jié)果規(guī)范要求理論最大相對密度2.596－毛體積相對密度2.479－空隙率（％）4.53-6礦料間隙率（％）13.2>12.5（目標(biāo)空隙率為4.5％時）瀝青飽和度（％）65.955~70穩(wěn)定度（KN）10.55>7.5流值（0.1mm）32.315~40（3）水穩(wěn)定檢驗：殘留穩(wěn)定度為86.3％（4）粉膠比和有效瀝青膜厚度：粉膠比：FB＝1.3，有效瀝青膜厚度7.93μm。3.3調(diào)整生產(chǎn)配合比后的試驗結(jié)果（1）級配曲線篩孔（mm）31.526.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075通過率％100967864.956.247.030.620.815117.65.94.4（2）馬氏試驗結(jié)果(生產(chǎn)配合比最佳油石比為3.6)試驗項目試驗結(jié)果規(guī)范要求理論最大相對密度2.595－毛體積相對密度2.481－空隙率（％）4.43~6礦料間隙率（％）12.9>12.5（目標(biāo)空隙率為4.5％時）瀝青飽和度（％）66.055~70穩(wěn)定度（KN）10.74>7.5流值（0.1mm）38.115~403.4ATB-25混合料配合比調(diào)整后試拌和試鋪在ATB-25混合料配合比調(diào)整后，又進(jìn)行了試拌、試鋪。攤鋪后的ATB-25結(jié)構(gòu)層外觀平整、均勻、致密。為了檢驗調(diào)整后的ATB-25混合料配合比是否成功，又進(jìn)行了相關(guān)檢驗。（1）油石比級配檢驗檢驗路實測平均油石比3.65，抽提級配平均組成如下：篩孔（mm）31.526.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075通過率％10097.677.466.358.148.230.321.615.3118.56.34油石比及級配均符合設(shè)計要求。（2）壓實度檢驗經(jīng)取芯測量芯樣密度，芯樣壓實度，大多在95～96％之間，平均值為95.4％（以最大理論相對密度為標(biāo)準(zhǔn)計算）；芯樣殘留空隙率大多在4～5％之間，平均值為4.6％，符合規(guī)范要求。（3）滲水檢驗對試驗路的滲水檢驗選點很多，包括了各種外觀情況。通過試驗發(fā)現(xiàn)，大部分測點滲水試驗都能符合規(guī)范要求（規(guī)范要求不大于200ml/min），但是有個別點超標(biāo)。經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)，該處存在較明顯的離析，在該點取芯，測其密度后，發(fā)現(xiàn)其壓實度能夠符合要求，但芯樣表面有明顯的空洞，骨料多，缺乏細(xì)料填充。（4）高溫抗車轍能力檢驗在攤鋪試驗路的同時，取樣成型大（30cm×30cm×10cm）的車轍試件，委托進(jìn)行高溫車轍動穩(wěn)定檢驗，試驗結(jié)果為4200次，遠(yuǎn)大于規(guī)范規(guī)定的大于1000次的要求。表明混合料具有良好的高溫穩(wěn)定性。（5）骨架接觸度檢測骨架接觸SSC（石～石接觸）是指大粒徑混合料中粗集料之間相互接觸的密實程度，用壓實成型的混合料中粗集料毛體積相對密度與粗集料干搗密度之比的百分率表示，表示形成混合料主骨架的密實性。接觸度越大說明骨架的密實性越好。骨架接觸度是反映瀝青混合料的骨架性和接觸密實性的綜合指標(biāo)。此外，它也表明了粗集料的壓實效率。根據(jù)有關(guān)研究成果，采用骨架接觸度SSC可以判斷混合料的骨架結(jié)構(gòu)：a、當(dāng)骨架接觸度SSC>90％時，混合料是豎排骨架密實結(jié)構(gòu)。b、85％≤骨架接觸度SSC≤90%時，混合料是松排骨架密實結(jié)構(gòu)。c、骨架接觸度SSC≤85％，混合料是懸浮密實結(jié)構(gòu)。判斷混合料是屬于哪一類結(jié)構(gòu)，即根據(jù)馬氏試驗得出試件密度及礦料4.75mm篩孔的通過量，計算出混合料中的粗集料密度，搗實密度則是混合料級配中大